Elkezdtem anno írni az alant látható értetlenség (értelmetlenség) miatt egy pár alap dolgot, ám bokros teendõim miatt nem tudtam befejezni. Ha már félkész, végigírom, aki egy kicsit is komolyabban akarja megérteni az ûrbéli hadviselést, talán hasznát látja... :)
Meghajtás és az ûrbéli mozgás alapjai:
Gyakorlatilag csaknem minden ûrben használható hajtómû azonos elven mûködik, x tömegû anyag áramol ki a hajtómûbõl y sebességgel, ez hoz létre tolóerõt. Egy egyszerû példával élve ha egy pisztolyt elsütsz, akkor a lövedék tömege és sebességével arányos erõt fejt ki a pisztolyra (és a kezünkre ez által), viszont az arányok fordítottak. Ha súlytalanság állapotában nézzük, a pisztoly tömege a lövedék tömegénél 100x nagyobb, a lövedék sebessége 300m/s, akkor a pisztoly elsütéskor 3m/s sebességre tesz szert.
A "csaknem minden" kivétele a napvitorlás (illetve a hasonló lézer-tolás és társai), illetve az elméletekben létezõ, de nem bizonyított meghajtásokat (mint az anti-gravitáció). A napvitorlás, lézer-tolás és hasonló megoldások esetén azonban szintén van energiaközvetítõ közeg - maga a fény. A fotonok által kifejtett erõ hajtja elõre az ûrjármûvet, a forrásuk pedig lehet egy csillag (mint a Nap), illetve egy vagy több nagy energiájú lézer.
Térjünk vissza a pisztolyunkhoz, az már látható, hogy a sebesség és a kiáramló anyag tömege a lényeg. A különféle hajtómûvek más-más arányban nyújtják nekünk ezeket. Pár példa a hagyományos kémiai hajtómûveknél:
Modern kompozit szilárd gyorsítórakéta (GEM): 2,2 km/s
Ion-hajtómû: ~200 km/s
LANTR (nukleáris-LH2): ~9 km/s
Megj.: Az adatok nem hajtómûspecifikusak, hanem alapértékek, befolyásolja õket a fúvóka és az égõtér hatékonysága.
A szilárd rakétahajtómû felépítése, az égõtér végén van a begyújtó szerkezet
Az STS szilárd (balra) és folyékony (jobbra) gyorsító-rakéta terveinek metszete még a fejlesztés idõszakában
A Scaled Composites féle hibrid szilárd-folyékony rakétahajtómû felépítése
A folyékony hajtóanyag elõnye a jó tolóerõ, a szabályozhatóság. Hátránya, hogy bonyolult. Üzemanyagtartályok kellenek, csõhálózat kell, szivattyúk kellenek, és így tovább.
A folyékony üzemanyagok közül a LH2+LOX népszerû, mert ez adja a legtöbb tolóerõt adott tömeghez viszonyítva. Hátránya hogy mind a LOX, mind a LOX mélyhûtve folyékony csak, a folyékony hidrogént pedig nagyon nehéz tárolni (igazából huzamos ideig, évekig nem is tudjuk jelenleg hatékonyan).
A LOX+Kerozin nagyon népszerû a szovjet/orosz hordozórakétáknál, illetve most már nyugaton is kezd elterjedni, a SpaceX olcsó Falcon1 és Falcon9 rakétái is ilyen üzemanyagkombót égetnek el. Ugyan kevésbé hatékony, mint az LH2+LOX, viszont a sokkal könnyebb kezelés miatt mégis érthetõ a népszerûsége.
A Hibrid rakéták viszonylag új jövevények, itt az üzemanyag gumiszerû állagban van a hajtómû belsejében, és folyékony oxigén vagy más oxidálószert fecskendeznek a hajtómûbe, ez pedig begyulladva adja a tolóerõt. Az elõnye hogy egyszerû, csak az oxigént kell tárolni és mozgatni (tehát elég egy szivattyú, például), a hajtómû leállítható (a hajtóanyag "kialszik" az oxigéncsap elzárása után), sõt a tolóerõ szabályozható, tehát ötvözi a . Ilyen például a SpaceShipOne / SpaceShipTwo hajtómûve.
A szilárd hajtóanyag a legegyszerûbb szerkezet, a hajtóanyag és az oxidálószer keveréke van a hajtómû belsejében elhelyezve, egy hosszanti furattal. A begyújtás után a furat belsõ felén elkezd a hajtóanyag égni, és a termelõdõ gázok kiáramolva adják a tolóerõt. Az egyszerûségért viszont nagy árat kérnek, a hajtómû ha el lett indítva, akkor nem leállítható, továbbá a hatékonysága sokkal rosszabb, mint a folyékony üzemanyagú hajtómûveké.
A tolóerõ mértéke tehát függ a kiáramlási sebességtõl és az anyagáramlástól. Itt van pár példa, hogy adott hajtómûveknél mekkora tolóerõre lehet számítani (üres tömeg: a hajtómû tömege üzemanyagtartály és üzemanyag nélkül):
Ion hajtómû (Xenon, üres tömege: ~1 tonna): 0,05 kN
VASMIR (LH2, üres tömege: ~10 tonna): 0,4 kN
A NERVA hajtómû fõ részelemei
A tolóerõ tehát már megvan, most jön a másik fontos dolog, a specifikus fogyasztás. Ez egy kacifántos fizikai számítás, leegyszerûsítve a hajtómû által generált impulzus (lendület) osztva a felhasznált üzemanyag (és oxidálószer) tömegéve adott idõre vetítve.